JP2002030324A - 耐リジング性フェライト系ステンレス鋼の製造方法 - Google Patents
耐リジング性フェライト系ステンレス鋼の製造方法Info
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Abstract
以上の連鋳スラブが製造でき、熱延後の酸洗鋼板にT
i、Al非金属介在物による表面疵を生じることがな
く、最終製品の耐リジング性に優れたフェライト系ステ
ンレス鋼の製造方法を提供する。 【解決手段】 Ti:0.05〜0.30質量%,C
r: 10−30質量%のフェライト系ステンレス溶鋼
を、脱炭精錬後にSi還元を行い、その後、鋼中Si量
を0.20〜3.0質量%で塩基度CaO/SiO2 =
1.2〜2.4のCaO−SiO2 系スラグ脱酸を行っ
た後、TiとAl含有量がAl/Ti=0.01〜0.
10として連続鋳造する。前記溶鋼がCa: 0.000
1〜0.0030質量%であってもよい。
Description
ンレス鋼の製造方法、特に表面疵が無く耐リジング性に
優れたフェライト系ステンレス鋼の製造方法に関する。
より詳しくは、連続鋳造における浸漬ノズルの閉塞を防
止し、その鋳片組織が等軸晶微細組織であり、さらにそ
の鋳片に熱間圧延等の熱間加工を行ってもTi系非金属
介在物による表面疵を生ずることがなく、そして最終製
品としての冷延鋼板の耐リジング性に優れたフェライト
系ステンレス鋼の製造方法に関する。
ス鋼を製造する場合に、ストリーク疵またはスリバー疵
と呼ばれる表面疵の発生が問題となっている。この表面
疵の発生は従来よりTi、Al系非金属介在物からの次
の2つのクラスター生成機構に起因すると考えられてい
る。
あるため、添加時に溶鋼中のO、Nと反応して酸化物、
または窒化物を生成し、この生成した非金属介在物が例
えば鋳型内溶鋼において比重差により浮上しようとする
際に相互に凝集し合ってクラスター化するというのであ
る。
在していたTi、Al系非金属介在物が、溶鋼との濡れ
性が悪いため、鋳型注入時の浸漬ノズル通過の際にノズ
ル内壁に付着し、この付着現象により凝集してクラスタ
ー化するというのである。この付着・凝集により生成し
たクラスターはノズルを流れる溶鋼流によってしばしば
部分的にノズル内壁より剥離して注入流により鋳型内に
持ち込まれる。
付着凝集という2つの機構によって生成したTi、Al
系非金属介在物クラスターは,鋳型内において溶鋼より
浮上分離しようとするが,溶鋼の凝固が進行するため浮
上分離に必要な時間が与えられず、しばしば鋼塊内部ま
たは表面に捕捉される。鋼塊表面に捕捉されたTi、A
l系非金属介在物は鋼のような変形能がないため鋼塊の
熱間加工時に表面において線状の疵を形成する。
i含有フェライト系ステンレス鋼にとっては、この表面
疵の発生による製品の品質低下が後述するリジングと並
んで大きな問題であり、これの防止対策が強く望まれて
いた。
ノイズ閉塞がしばしば起こり、製造コストの上昇は避け
られなかった。このような表面疵の防止やノズル閉塞の
防止については、特公昭58−57487号公報や、特
許第2867888号公報に開示の技術がある。
Tiの比で0.08〜0.15となるように溶鋼のAl
量を調整する方法である。後者は、Al/Tiの比で
0.75/100.025Cr+1.1 以下となるように溶鋼のA
l量を調整し、さらにCa量を0.0001〜0.00
10%に調整するものである。しかしながら、これらの
方法は、表面疵防止やノズル閉塞防止には効果的であっ
ても、製品のリジング防止に対してはなんら考慮がなさ
れていなかったし、実際、そのような効果はみられな
い。
を熱間圧延して製造されたフェライト系ステンレス鋼板
は、冷間加工に際してリジングと呼ばれる表面シワ状欠
陥を生じやすい。このリジングは表面疵同様に、製品の
美観を損なう。リジングによる凹凸が大きいとそれを研
磨除去しなければならず、そのため余分の工程が必要と
なる。
れている。すなわち、連続鋳造によって製造されたフェ
ライト系ステンレス鋼スラブは、その凝固過程で柱状晶
が発達しやすい。この柱状晶は熱間加工によって再結晶
しにくいので、柱状晶に起因したバンド状粗大「コロニ
ー」が最終製品にまで残留しやすい。なお、「コロニ
ー」とは、見かけは微細な結晶組織に見えるが、実際は
結晶方位の類似した結晶群のことをいう。このコロニー
が、プレス成形を受けると単結晶のように塑性変形し、
鋼板に大きな畝状のシワが発生する。
問題については従来にあってもあらゆる面から改善が提
案されている。その根本的な解決手段は連続鋳造スラブ
における柱状晶の成長を抑制し等軸晶帯を大きくするこ
とである。
軸晶率を高める技術としては、例えばTiNの核作用に
よる方法(鉄と鋼,66(1980)、110頁)や、
溶鋼の電磁攪拌による方法(鉄と鋼、66(198
0)、38頁)や、Al脱酸後Tiを添加し、鋼中のT
iとAlの含有量をTi/Alの比で8以上に調整する
方法(特開平9−49010号公報)等が報告されてい
る。
率を高める方法は、例えば、0.4質量%程度のTiや
0.016質量%程度のNを鋼に含有させて、TiNを
溶鋼中に多量に析出させることが必要である。しかも、
連続鋳造に際して溶鋼の過熱度ΔTを40℃以下にする
などの条件を組み合わせなければ等軸晶率の高い(具体
的には,60%以上の)凝固組織が得られない。
面疵の原因となり、リジング防止との両立が困難となる
問題がある。一方、△Tを小さく制御することは、必ず
しも容易なことではなく、一旦ΔTが小さくなりすぎた
溶鋼は鋳造できないため、再度昇熱作業を必要とするな
どの大きな問題を引き起こす。
撹拌による方法の場合には、凝固途中の鋳片に対し溶鋼
の撹拌位置を適正化することによって、40〜60%の
等軸晶率を安定して確保することができる。しかし、よ
り高い等軸晶率を得るには、やはりΔTを25℃未満の
低い値に制御する必要がある。
鋳スラブの等軸晶率を高められるが、表面疵防止に対し
てはなんら考慮がなされていなかった。さらに、Ti添
加フェライト系ステンレス鋼の表面疵を防止し、連鋳ス
ラブの等軸晶率を高める製造技術が、特許第26236
06号において提案されている。同特許では、対象とす
るフェライト系ステンレス鋼の凝固温度T1 、鋳込み温
度T2 、TiN析出温度T3 が、条件: T1 ≦T3 <T
2 ≦T1 +100℃を満たした場合に,耐ローピング性
(リジングと同じ)と表面性状に優れたフェライト系ス
テンレス鋼を安定して製造できるとしている。この方法
は、T1 ≦T3 を満たすTi、N量を含有するフェライ
ト系ステンレス鋼において、TiNによる表面疵を防止
すると共に連鋳スラブの等軸晶率を70%以上に高める
ものである。しかしながら、T1 >T3 の場合、即ちT
iN量が低下した場合は、連鋳スラブの等軸晶率を高め
ることができず、良好な耐リジング性を有するフェライ
ト系ステンレス鋼を製造することができなかった。
鋳造スラブを熱間加工、焼鈍、冷間加工、焼鈍などの製
造工程を経て最終製品を製造する過程において表面疵を
生じることが少なく、かつ最終製品の耐リジング性に優
れたフェライト系ステンレス鋼の製造方法を提供するこ
とにある。
成、溶鋼の化学組成、脱酸時期を決めて連続鋳造するこ
とで、ノズルを閉塞することなく、等軸晶率60%以上
の連鋳スラブが製造でき、そのスラブを熱間加工、焼
鈍、冷間加工、焼鈍などの製造工程を経て最終製品を製
造する過程においてTi、Al非金属介在物による表面
疵を生じることのない、最終製品の耐リジング性に優れ
たフェライト系ステンレス鋼の製造方法を提供すること
にある。
は、上記目的を達成すべくTi含有フェライト系ステン
レス鋼の精錬、連続鋳造工程において、(溶鋼中の成
分、精錬方法)と(ノズル付着物、スラブ等軸晶率、表
面疵)の関係に着眼して鋭意試験研究を重ねた。その結
果、まず次の知見を得た。
る条件を満たさない鋼、即ち「T1>T3 」であって
も、鋼中のAl/Ti比を0.1以下にて、スラブ等軸
晶率が60%以上となる場合がある。しかし、表面疵が
多発する場合がある。
を分析すると、浸漬ノズル付着物に近い組成であった。
その付着物は、TiNでなく、Ti、Al系非金属介在
物であった。
のみならず精錬方法にも依存する。特に、0.30%以
下の比較的少ないTiを含有するフェライト系ステンレ
ス鋼の場合、Al脱酸またはCaO−Al2 O3 系スラ
グ脱酸工程よりも、CaO−SiO2 系スラグ脱酸工程
にて精錬、連続鋳造した方が、ノズル付着物が少なくな
る傾向がある。
らは次の実験を行った。C:0.06%、Si:0.3
%、Cr:16.2%、N:0.015%を含有した鋼
17kgを、真空溶解炉にて溶製し、溶鋼の上に塩基度
CaO/SiO 2 を変化させたCaO−SiO2 系スラ
グを溶融させた。例えば、塩基度2.0のスラグ組成は
50%CaO−25%SiO2 −5%Al2 O3 −10
%MgO−10%CaF2 とした。
の量のAlを添加し、溶鋼の温度を約1600℃で10
分以上保持した。その後、溶鋼をMgO製タンディッシ
ュに注ぎ、50mm厚さ、180mm幅、230mm高
さの鋳型に鋳造した。
王水にて現出し、等軸晶率を測定した。また、鋳片に含
まれるTi、酸可溶Alの化学分析を行い、Al/Ti
を求めた。
に熱間圧延し、935℃で1分均熱の焼鈍処理を行い、
硫酸浸漬、硝弗酸浸漬による酸洗により脱スケールを行
った。酸洗鋼板に発生した表面疵を目視により観察し
た。
7〜0.12%、Al量は0.0003〜0.013%
の範囲に有ることが判明し、Al/Tiは0.006〜
0.13の範囲となった。
たスラグの塩基度及び鋳片のAl/Ti量比の関係を示
す。図中の○印が等軸晶率60%以上であった鋳片、×
印が60%未満であった鋳片を示す。
/Ti=0.01〜0.10の範囲で等軸晶率60%以
上の鋳片が得られた。図2に、酸洗鋼板の表面疵発生と
その溶製に用いたスラグの塩基度及び鋳片のAl/Ti
量比の関係を示す。図中の○印が表面疵が無かった鋼
板、×印が表面疵が発生した鋼板を示す。図2に示すよ
うに、塩基度=1.2〜2.4,Al/Ti≦0.10
の範囲で表面疵の無い酸洗鋼板が得られた。
酸方法を決めて連続鋳造することで鋳片の等軸晶率を6
0%以上とし、表面疵の防止ができることを知見して本
発明を完成した。
の通りである。 (1) Ti:0.05〜0.30質量%,Cr: 10〜3
0質量%を含むフェライト系ステンレス鋼を連続鋳造す
るにあたり、脱炭精錬後にSi還元を行い、次いで、鋼
中Si量を0.20〜3.0質量%で塩基度CaO/S
iO2 =1.2〜2.4のCaO−SiO2 系スラグ脱
酸を行った後、TiとAl含有量がAl/Ti=0.0
1〜0.10である溶鋼を連続鋳造することを特徴とす
るフェライト系ステンレス鋼の製造方法。
0030質量%を含有することを特徴とする上記(1) に
記載のフェライト系ステンレス鋼の製造方法。
しく説明する。なお、化学組成の含有量の「%」は「質
量%」を意味する。
元素である。さらに、鋼中のC、Nと結合して炭化物、
窒化物を形成し、固溶C、N量を低減してフェライト系
ステンレス鋼の耐食性、加工性を向上させる作用も有す
る。しかし、その含有量が0.05%未満では安定して
60%以上の等軸晶率を有する連鋳スラブが得られな
い。一方、0.30%を超えて含有させると、等軸晶率
向上には有効であるが、Ti系非金属介在物の溶鋼中の
凝集によるノズル閉塞や製品の表面疵が発生しやすくな
る。
%とした。より良好な表面性状を得るためには、Ti量
の上限値を0.20%とすることが好ましい。 Si:0.20〜3.0% Siは、精錬時に生成するCr酸化物の還元と脱酸に有
用な元素である。しかし、その含有量が0.20%未満
でCaO−SiO2 系スラグ脱酸を行った場合、溶鋼中
の酸素量が増大するため、連続鋳造時にノズル閉塞が誘
発される。一方、3.0%を超えると加工性や靱性が著
しく劣化する。
のSiの含有量を0.20〜3.0%とした。より良好
な加工性や靱性を得るためには、Si量の上限値を1.
5%とすることが好ましい。
10×Ti含有量)% Alは、連続鋳造スラブの等軸晶率を高めるのに必須の
元素である。さらに、微量であっても脱酸に有用な元素
であり、ノズル閉塞を防止する作用も有する。しかし、
その含有量が(0.01×Ti含有量)%未満では、連
続鋳造スラブの等軸晶率が著しく低下する。一方、
(0.10×Ti含有量)%を超えて含有させると、等
軸晶率が低下するばかりでなくAl系非金属介在物によ
るノズル閉塞が生じやすくなる。
有量)〜(0.10×Ti含有量)%とした。すなわ
ち、Al/Tiを0.01〜0.10とした。目標の等
軸晶率をより確実に得るためには、Al/Tiの下限値
を0.02とすることが好ましい。またより良好な表面
性状を得るためには、Al/Tiの上限値を0.08と
することが好ましい。
て上記範囲にあればよい。そのため添加しなくてもよ
い。添加することでより多くの量のCaが存在すれば、溶
鋼中の脱酸生成物を低融点化し連続鋳造時のノズル閉塞
防止に有効である。また、連鋳スラブの等軸晶粒径を微
細化する作用も有する。
では粒径の微細化効果に乏しい。一方、その含有量が
0.0030%を超えて含有させると、連鋳スラブの等
軸晶率が低下すると共に、鋼の耐食性とりわけ耐孔食性
が著しく低下する。従って、Ca含有量を0.0001
〜0.0030%とした。また良好な耐孔食性と靱性を
得るためには、Caの上限値を0.0010%とするこ
とが好ましい。
−SiO2 系スラグ脱酸精錬は、取鍋やタンディッシュ
において行ってもよく、そのときの条件も通常の方法に
おけるそれでよい。しかし、塩基度CaO/SiO2 と
Ti、Al添加時期については以下の限定を受ける。
ラグ中のCr酸化物が還元され、代わりにSiO2 がス
ラグに生成する。このようにして行われるCaO−Si
O2 系スラグ脱酸を効率的に行うには、CaOをスラグ
に添加し、塩基度を適切にする必要がある。塩基度が
1.2未満では、脱酸力が弱いため溶鋼中の酸素量が増
加する。このような溶鋼に後の段階でTiを添加する
と、Ti系非金属介在物が多量に生成しノズル閉塞を生
じる。
点が上昇しスラグが固体化する。その結果の脱酸反応が
十分に進行せず、10μmを超えるような大型脱酸生成
物が溶鋼中を浮遊しやすくなり、ノズル閉塞を誘発す
る。
とした。ノズル閉塞防止と連鋳スラブの等軸晶率向上を
より高い精度で同時に得るためには、塩基度の下限を
1.6、上限を2.2とするのが好ましい。このときの
スラグ塩基度は、Ti添加前のスラグ組成にて決定され
る。
う。この順序を逆にした場合、Tiの添加歩留まりが著
しく低下するばかりか、ノズル閉塞が生じ連鋳スラブの
等軸晶率を60%以上に安定して確保できなくなる。
O2 系スラグ脱酸後とする。具体的にはSi還元、それに
続くスラグ脱酸によって[O] ≦25ppm となるまで脱酸し
てからである。なお、[O] 値は測酸、測温プローブによ
る測定値 (活量酸素量) である。
よい。但し、Al/Tiの狙いを安定して的中させるには、
なるべく CaO−SiO2脱酸後にAlを添加するのが好まし
い。ここに、本発明におけるノズル閉塞防止や等軸晶生
成のメカニズムは次のように推定される。
の脱酸生成物が浮上分離され、溶鋼中にはサブミクロン
程度のSi系脱酸生成物が多数浮遊していると考えられ
る。この時期にTi、Alを添加すると、浮遊していた
Si系脱酸生成物がTi−Al系脱酸生成物に急速に置
換され、より一層脱酸平衡が低下する。この時Al/T
iを前述したように調整すると、その脱酸生成物と溶鋼
との濡れ性が著しく向上する。そのため、脱酸生成物
は、連続鋳造に際し浸漬ノズルに付着することなく,鋳
型内に流入する。
固が始まる。このときの溶鋼温度の低下に伴い、さらに
溶鋼との濡れ性のよいTi−Al系脱酸生成物が多量に
晶出する。この脱酸生成物を核として柱状晶凝固から等
軸晶凝固へと遷移し、最終的に等軸晶率の高い連鋳スラ
ブが製造できる。
間圧延、さらに冷間圧延によって最終製品であるフェラ
イト系ステンレス鋼板となるが、これらの加工条件は慣
用のものであればよく、特に制限されない。
せてより具体的に示す。
onをVOD炉において精錬するに際して、脱炭精錬後
にSi還元し、CaO−SiO2 系スラグ脱酸精錬を行
った。その後、VOD炉においてTi、Al、Caを添
加し、溶鋼過熱度ΔTを30〜70℃として200mm
厚さ、1050mm幅に連続鋳造した。
学組成、Al/Ti比、及びスラグ塩基度が本発明で規
定する範囲内にある本発明例である。鋼1、2、5、
7、9、10は化学組成やAl/Ti比のいずれかが本
発明で規定する含有量の範囲から外れた比較例である。
後、使用した浸漬ノズルを回収し付着物の厚さを測定し
た。また、連鋳スラブの鋳造方向に垂直な断面の幅中央
部(200mm厚さ、100mm幅)を王水で腐食して
その等軸晶率を測定した。そして、3/8厚さ部(表皮
下75mm)の結晶粒径を切片法により求めた。この
時、求められた平均切片長さLより、平均粒径Dを、
式:D=1.12Lにより求めた。また、等軸晶率は、
等軸晶粒と柱状晶粒の面積比率より求めた。
ることなく通常の方法で1100〜1250℃に加熱し
て、厚さ3.2mmに熱間圧延した。得られた熱延鋼板
を焼鈍後、酸洗により脱スケールし、酸洗鋼板表面の疵
を観察した。
間圧延し、焼鈍および酸洗を行った後、スキンパス圧延
を行って2B鋼板を製造した。このようにして製造した
2B鋼板より圧延方向にJIS5号引張試験片を各2本
採取し、20%引張変形後にリジンググレードを標準サ
ンプルを用いて目視により判定した。標準サンプルのリ
ジングによる表面うねり高さは以下の通りである。
Bである。
よれば、浸漬ノズルへの付着量が少なく、連鋳スラブの
等軸晶率も77%以上となった。また、そのスラブより
製造された鋼板には、表面疵が発生せず、耐リジング性
に優れている。
1、2のスラブの等軸晶率は、10、40%と低かっ
た。Si、Ti量が本発明の範囲を外れた鋼10を連続
鋳造した場合、浸漬ノズルへ付着厚さが15mmとな
り、その熱間圧延後の酸洗鋼板の表面にはTi系非金属
介在物による多数の疵が発生した。Ca添加を実施した
鋼4の場合、スラブの等軸晶粒径は、それを実施しなか
った鋼3の場合のスラブのそれより小さく、鋼4から製
造された2B鋼板はリジンググレードがAと良好であっ
た。
造方法によれば,連続鋳造時にノズル閉塞が防止でき、
連鋳スラブの組織が等軸晶率70%以上となる。さら
に、このスラブを熱間加工しても非金属介在物による表
面疵が発生せず、耐リジング性に優れた鋼板が得られ
る。このため、スラブや熱間加工した鋼材の手入れが不
要となるので製造工程が短縮でき、製品歩留まりも向上
する。
表面疵やリジングが殆ど発生しない高品質の製品を比較
的低コストで提供することができる。
l/Ti量比との関係を示すグラフである。
Al/Ti量比との関係を示すグラフである。
Claims (2)
- 【請求項1】 Ti:0.05〜0.30質量%,C
r: 10〜30質量%を含むフェライト系ステンレス鋼
を連続鋳造するにあたり、脱炭精錬後にSi還元を行
い、次いで、鋼中Si量を0.20〜3.0質量%で塩
基度CaO/SiO2 =1.2〜2.4のCaO−Si
O2 系スラグ脱酸を行った後、TiとAl含有量がAl
/Ti=0.01〜0.10である溶鋼を連続鋳造する
ことを特徴とするフェライト系ステンレス鋼の製造方
法。 - 【請求項2】 前記溶鋼がCa: 0.0001〜0.0
030質量%を含有することを特徴とする請求項1に記
載のフェライト系ステンレス鋼の製造方法。
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